(12)發(fā)明專利地址210044江蘇省南京市江北新區(qū)寧六(72)發(fā)明人嚴(yán)飛吳迪劉佳文杰肖雨倩路長秋孫成吳佩悅劉銀萍(普通合伙)32204GO6T7/80(201一種基于平面棋盤格的環(huán)形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法本發(fā)明公開了一種基于平面棋盤格的環(huán)形組標(biāo)定圖案；(2)獲取每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光與棋盤格直線交點(diǎn)的像素坐標(biāo)；(3)利用交比與棋盤格直線交點(diǎn)的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；(4)將所有交點(diǎn)對應(yīng)相機(jī)坐標(biāo)的圓錐曲面方程建立環(huán)形結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的將固環(huán)結(jié)構(gòu)光投射在棋盤格上，并改將固環(huán)結(jié)構(gòu)光投射在棋盤格上，并改變棋盤格的姿態(tài)拍攝多幅標(biāo)定圖案通過掩膜處理不同姿態(tài)下的標(biāo)定圖案用Steger算法提取圓環(huán)結(jié)構(gòu)光亞像素將提取的業(yè)像素坐標(biāo)擬合成橢圓方程，并聯(lián)立棋盤格直線方程解出交點(diǎn)利用交比不變性原理，獲取交點(diǎn)像素將獲取的空間三維坐標(biāo)擬合成圓錐曲面方程完成圓環(huán)結(jié)構(gòu)光的標(biāo)定21.一種基于平面棋盤格的環(huán)形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將環(huán)形結(jié)構(gòu)光投射在棋盤格標(biāo)定板上，通過相機(jī)拍攝一張標(biāo)定圖案；保持棋盤格標(biāo)定板當(dāng)前位姿不變，關(guān)閉環(huán)形結(jié)構(gòu)光再拍攝一張標(biāo)定圖案，同一位姿的兩張標(biāo)定圖案形成一組標(biāo)定圖案；改變棋盤格標(biāo)定板位姿獲取多組標(biāo)定圖案；(2)針對獲取的多組標(biāo)定圖案進(jìn)行掩膜處理，將每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光分割出來；采用激光中心提取算法，提取每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光的像素坐標(biāo)；根據(jù)環(huán)形結(jié)構(gòu)光的像素坐標(biāo)獲取每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光與棋盤格直線交點(diǎn)的像素坐標(biāo)；(3)利用交比不變性原理，分別將每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光與棋盤格直線交點(diǎn)的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為世界坐標(biāo)系下三維坐標(biāo)；再將獲取每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光與棋盤格直線交點(diǎn)對應(yīng)的世界坐標(biāo)系下三維坐標(biāo)通過相機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)化為相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；(4)將所有交點(diǎn)對應(yīng)相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)擬合成圓錐曲面方程；基于擬合的圓錐曲面方程建立環(huán)形結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的數(shù)學(xué)模型完成標(biāo)定；具體環(huán)形結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的數(shù)學(xué)模型為：Z)為交點(diǎn)對應(yīng)相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；1?~11?均為擬合圓錐曲面方程系數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面棋盤格的環(huán)形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法，其特征在于，步驟(2)中交點(diǎn)的像素坐標(biāo)獲取具體為：(2.1)針對每組標(biāo)定圖案，將打開環(huán)形結(jié)構(gòu)光下拍攝的標(biāo)定圖案與同一位姿關(guān)閉環(huán)形結(jié)構(gòu)光下拍攝的標(biāo)定圖案作差提取該組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光的掩膜，再通過圖像處理將每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光分割出來；(2.2)采用steger中心點(diǎn)亞像素提取算法，提取每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光的亞像素坐標(biāo)；(2.3)針對每組標(biāo)定圖案對應(yīng)提取的環(huán)形結(jié)構(gòu)光的亞像素坐標(biāo)分別擬合成橢圓方程，同時(shí)將棋盤格上的直線擬合成直線方程，聯(lián)立橢圓方程與直線方程獲取每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光與棋盤格直線交點(diǎn)的像素坐標(biāo)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面棋盤格的環(huán)形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法，其特征在于，步驟(3.1)將每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光與棋盤格直線交點(diǎn)的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為圖像坐標(biāo)，公式為：3(3.2)利用交比不變性原理，基于圖像坐標(biāo)系下的復(fù)比與世界坐標(biāo)系下的復(fù)比相等條件下將(x,y,z)轉(zhuǎn)化為世界三維坐標(biāo)中的(X,Y,Z);(3.3)利用相機(jī)的內(nèi)參將世界三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，公式為：4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面棋盤格的環(huán)形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法，其特征在于，步驟(4)中所有交點(diǎn)對應(yīng)相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)通過最小二乘法擬合成圓錐曲面方程。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面棋盤格的環(huán)形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法，其特征在于，步驟(3)中通過每組標(biāo)定圖案中關(guān)閉環(huán)形結(jié)構(gòu)光下拍攝的標(biāo)定圖案進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定獲取相機(jī)的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)。6.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中任意一項(xiàng)所述方法的步驟。7.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中任意一項(xiàng)所述的方法的步驟。4一種基于平面棋盤格的環(huán)形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)測量及檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種基于平面棋盤格的環(huán)形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法。背景技術(shù)[0002]隨著社會(huì)不斷發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)水平不斷提高，自動(dòng)化行業(yè)通對圓環(huán)內(nèi)壁測量和檢查提出更高要求，而三維視覺成像技術(shù)作為計(jì)算機(jī)視覺的一個(gè)重要分支，其高效率和高精度能夠滿足自動(dòng)化生產(chǎn)產(chǎn)測需求。結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)具備成本低、精度高、易于實(shí)現(xiàn)并具備非接觸等多方面優(yōu)勢，在工業(yè)檢測與生產(chǎn)具有廣泛發(fā)展空間和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。結(jié)構(gòu)光是一組由投射器(點(diǎn)，線，面)和相機(jī)組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，用投影器投射特定的光信息到物體表面后及背景后，由攝像頭采集，根據(jù)物體造成的光信號的變化來計(jì)算物體的位置和深度等信息，進(jìn)而復(fù)原整個(gè)三維空間。結(jié)構(gòu)光標(biāo)定是實(shí)現(xiàn)測量的首要工作，其目的在于確定激光器與相機(jī)的位置關(guān)系。[0003]結(jié)構(gòu)光模式分為點(diǎn)結(jié)構(gòu)光模式、線結(jié)構(gòu)光模式、多線結(jié)構(gòu)光模式、面結(jié)構(gòu)光模式和近期出現(xiàn)相位法?，F(xiàn)有通過結(jié)構(gòu)光進(jìn)行三維物體測量一般需要制作特殊標(biāo)靶，制作特殊標(biāo)靶的過程復(fù)雜且成本較高。為了降低成本，現(xiàn)有技術(shù)中也存在采用棋傳統(tǒng)的易于生成的棋盤格代替特殊標(biāo)靶，例如：申請?zhí)枮椋?021110778226,名稱為：單目視覺加環(huán)形結(jié)構(gòu)光簇的三維掃描內(nèi)壁設(shè)備與方法的專利申請中的結(jié)構(gòu)光標(biāo)定采用環(huán)形光投射于棋盤格上，但是該技術(shù)方案中按照相機(jī)中心于環(huán)形結(jié)構(gòu)光發(fā)射器光心在一條直線上的原則固定軌道小車，由軌道小車上的精密儀器步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)棋盤格在光軸直線上前后移動(dòng)，該方案直接認(rèn)為投射在棋盤格上的就是圓環(huán)，由此計(jì)算獲取的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的。發(fā)明內(nèi)容[0004]發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種基于平面棋盤格的環(huán)形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法，操作簡單，能夠快速準(zhǔn)確的完成環(huán)形結(jié)構(gòu)光的標(biāo)定。[0005]技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種基于平面棋盤格的環(huán)形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法，具體[0006](1)將環(huán)形結(jié)構(gòu)光投射在棋盤格標(biāo)定板上，通過相機(jī)拍攝一張標(biāo)定圖案；保持棋盤格標(biāo)定板當(dāng)前位姿不變，關(guān)閉環(huán)形結(jié)構(gòu)光再拍攝一張標(biāo)定圖案，同一位姿的兩張標(biāo)定圖案形成一組標(biāo)定圖案；改變棋盤格標(biāo)定板位姿獲取多組標(biāo)定圖案；[0007](2)針對獲取的多組標(biāo)定圖案進(jìn)行掩膜處理，將每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光分割出來；采用激光中心提取算法，提取每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光的像素坐標(biāo)；根據(jù)環(huán)形結(jié)構(gòu)光的像素坐標(biāo)獲取每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光與棋盤格直線交點(diǎn)的像素坐標(biāo)；[0008](3)利用交比不變性原理，分別將每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光與棋盤格直線交點(diǎn)的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為世界坐標(biāo)系下三維坐標(biāo)；再將獲取每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光與棋盤格直線交點(diǎn)對應(yīng)的世界坐標(biāo)系下三維坐標(biāo)通過相機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)化為相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；[0009](4)將所有交點(diǎn)對應(yīng)相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)擬合成圓錐曲面方程；基于擬合的5圓錐曲面方程建立環(huán)形結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的數(shù)學(xué)模型完成標(biāo)定；具體的數(shù)學(xué)模型為：Y。,Z)為交點(diǎn)對應(yīng)相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；1。~11?均為擬合圓錐曲面方程系數(shù)。[0012]進(jìn)一步的，步驟(2)中交點(diǎn)的像素[0013](2.1)針對每組標(biāo)定圖案，將打開環(huán)形結(jié)構(gòu)光下拍攝的標(biāo)定圖案與同一位姿關(guān)閉環(huán)形結(jié)構(gòu)光下拍攝的標(biāo)定圖案作差提取該組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光的掩膜，再通過圖像處理將每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光分割出來；[0014](2.2)采用steger中心點(diǎn)亞像素提取算法，提取每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光的亞像素坐標(biāo)；[0015](2.3)針對每組標(biāo)定圖案對應(yīng)提取的環(huán)形結(jié)構(gòu)光的亞像素坐標(biāo)分別擬合成橢圓方程，同時(shí)將棋盤格上的直線擬合成直線方程，聯(lián)立橢圓方程與直線方程獲取每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光與棋盤格直線交點(diǎn)的像素坐標(biāo)。[0017](3.1)將每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光與棋盤格直線交點(diǎn)的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為圖像坐[0020](3.2)利用交比不變性原理，基于圖像坐標(biāo)系下的復(fù)比與世界坐標(biāo)系下的復(fù)比相等條件下將(x,y,z)轉(zhuǎn)化為世界三維坐標(biāo)中的(X,Y,Z);[0021](3.3)利用相機(jī)的內(nèi)參將世界三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，公式為：[0024]進(jìn)一步的，步驟(4)中所有交點(diǎn)對應(yīng)相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)通過最小二乘法擬合成圓錐曲面方程。[0025]進(jìn)一步的，步驟(3)中通過每組標(biāo)定圖案中關(guān)閉環(huán)形結(jié)構(gòu)光下拍攝的標(biāo)定圖案進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定獲取相機(jī)的內(nèi)參數(shù)與外參數(shù)。[0026]此外，本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可6在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法的步驟。一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的方法的步驟。[0027]有益效果：本發(fā)明所述一種基于平面棋盤格的環(huán)形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法相對于現(xiàn)有技術(shù)，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：1、用傳統(tǒng)的易于生成的棋盤格代替特殊標(biāo)靶，省去制作標(biāo)靶的復(fù)雜過程，成本低廉、操作簡單；2、通過拍攝多組不同位姿下的標(biāo)定圖案，確獲取環(huán)形結(jié)構(gòu)光的亞像素坐標(biāo)，將其擬合成橢圓方程，更具備一般性，有利于提升精度；3、可以通過拍攝的多組不同位姿下的標(biāo)定圖案豐富實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使得標(biāo)定更具有可靠性。附圖說明[0028]圖1所示為本發(fā)明所述方法的流程圖；[0029]圖2所示為本發(fā)明所述方法的原理圖；[0030]圖3所示為本發(fā)明所述方法的系統(tǒng)架構(gòu)。具體實(shí)施方式[0031]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步說明。[0032]如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于平面棋盤格的環(huán)形結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法，具體包括：如圖3所示，包括相機(jī)、環(huán)形結(jié)構(gòu)光視覺傳感器、棋盤格標(biāo)定覺傳感器用于發(fā)射圓環(huán)結(jié)構(gòu)光，相機(jī)中心與環(huán)形結(jié)構(gòu)光視覺傳感器中心無需保持在一條直線上，棋盤格標(biāo)定板的位姿可以根據(jù)環(huán)形結(jié)構(gòu)光調(diào)整，不用固定單一方向上。[0033]步驟一、將環(huán)形結(jié)構(gòu)光投射在棋盤格標(biāo)定板上，并且變化棋盤格的位姿，獲取多組[0034]每一組標(biāo)定圖案包含兩幅圖案，其中一幅打開環(huán)形結(jié)構(gòu)光，將環(huán)形結(jié)構(gòu)光投射在棋盤格標(biāo)定板上，通過相機(jī)拍攝一張標(biāo)定圖案；然后不改變棋盤格的當(dāng)前位姿，關(guān)閉結(jié)構(gòu)光再拍攝一張標(biāo)定圖案獲取第二幅圖案；同一位姿的兩張標(biāo)定圖案形成一組標(biāo)定圖案。[0035]系統(tǒng)標(biāo)定一次需要多組標(biāo)定圖案，每一組標(biāo)定圖案需要改變棋盤格的位姿，為保證數(shù)據(jù)可靠性，至少保證獲取15組標(biāo)定圖案。[0037](1)針對每組標(biāo)定圖案，將打開環(huán)形結(jié)構(gòu)光下拍攝的標(biāo)定圖案與同一位姿關(guān)閉環(huán)形結(jié)構(gòu)光下拍攝的標(biāo)定圖案做差提取該組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光的掩膜，再通過圖像處理將每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光分割出來；[0038](2)用激光中心提取算法，提取每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光的像素坐標(biāo)；具體的，為了獲取準(zhǔn)確的環(huán)形結(jié)構(gòu)光的像素坐標(biāo)，采用steger中心點(diǎn)亞像素提取算法，提取每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光的亞像素坐標(biāo)；[0039](3)針對每組標(biāo)定圖案對應(yīng)提取的環(huán)形結(jié)構(gòu)光的亞像素坐標(biāo)分別擬合成橢圓方程，同時(shí)將棋盤格上的直線擬合成直線方程，聯(lián)立橢圓方程與直線方程獲取每組標(biāo)定圖案環(huán)形結(jié)構(gòu)光與棋盤格直線交點(diǎn)的像素坐標(biāo)。具體的公式為：[0040]klu2+k2v2+k37[0042]式中，k?~k?均為擬合橢圓方程系數(shù)，a?~a?和b?~b?為擬合棋盤格直線方程系數(shù)；n表示棋盤格的行數(shù)；將上述橢圓方程和直線方程聯(lián)立可以求出棋盤格上每一條直線與環(huán)形結(jié)構(gòu)光的交點(diǎn)像素坐標(biāo)(u,v)。[0043]步驟三、利用交比不變性原理，分別將每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光與棋盤格直線交點(diǎn)的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化空間三維坐標(biāo)(即世界坐標(biāo)系下三維坐標(biāo)),再通過相機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)化為相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。具體的：[0044](1)將每一組的關(guān)閉環(huán)形結(jié)構(gòu)光的圖案單獨(dú)進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，獲得相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，再用交比不變性原理獲取交點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)。首先將每組標(biāo)定圖案中環(huán)形結(jié)構(gòu)光與棋盤格直線交點(diǎn)的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為圖像坐標(biāo)，公式為：[0046]式中，1/dx與1/dy均表示相機(jī)內(nèi)參，(x,y,z)表示圖像坐標(biāo)，z作歸一化處理；[0047](2)利用交比不變性原理，基于圖像坐標(biāo)系下的復(fù)比與世界坐標(biāo)系下的復(fù)比相等條件下將圖像坐標(biāo)(x,y,z)轉(zhuǎn)化為世界三維坐標(biāo)中的(X,Y,Z);由于每組標(biāo)定圖案對應(yīng)的每一張棋盤格為參考平面，因此深度Z均為0;[0048](3)利用相機(jī)的內(nèi)參將世界三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，公式為：[0051]步驟四、如圖2所示，通過最小二乘法將所有交點(diǎn)對應(yīng)相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)擬合成圓錐曲面方程；基于擬合的圓錐曲面方程建立環(huán)形結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的數(shù)學(xué)模型完成標(biāo)定。具體環(huán)